时域有限差分法应用于水中弹性目标声散射特性研究

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水中目标声散射特性分析是水中目标识别研究领域中的一个重要课题,是对水中目标进行探测、定位、识别的基础,具有重要的理论价值和广泛的应用背景,对于精确声制导、反隐身以及海洋开发等领域也具有重要的意义。  水中声散射问题的理论方法只能对一些简单的目标求其解析解,对于实际的水下复杂目标散射场求解问题只能通过数值计算的方法讨论。时域有限差分方法(Finite Difference Time Domain,FDTD)是目前得到广泛应用的一种数值算法。利用FDTD方法可以直接或间接求解水中目标在任意空间位置的声散射信号。  本文实现了二维和三维水中目标声散射场模拟的一致性并行FDTD算法,并应用FDTD数值方法着重从目标远场反向散射形态函数和环绕波两个方面,对水中弹性目标声散射特性进行研究。在FDTD计算中,实现了完全理想的平面波源和窄声束源,利用近场远场外推方法计算目标远场反向散射形态函数,计算了几种典型的水下目标声散射场及其形态函数,与共振散射原理得到的理论解进行对比分析,所有计算实例中,形态函数的FDTD计算值与理论值都符合得很好,表明了本文现实的FDTD方法对水中目标声散射特性研究的有效性。对于有些计算结果与理论结果存在一定偏差的地方,本文也给出了分析和改进的方法。本文还应用FDTD方法对于水下弹性圆柱目标声散射场中的环绕波特性进行了研究与分析,其结果与相关文献的理论解和实验结果都有很好的一致性。说明了本文现实的FDTD方法对水下弹性目标的环绕波特性分析提供了一种有效的方法。
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